Равновесия в буферных растворах

Буферными называют растворы, способные поддерживать определенное значение рН при разбавлении, а также при добавлении некоторых количеств сильной кислоты или щелочи.

Буферное действие основано на связывании добавляемых ионов Н ⁺ или ОН ^- в молекулы малодиссоциированных соединений.

Различают следующие типы буферных растворов.

1. Смесь слабой кислоты и ее соли, например, СН₃СООН + NaCH₃COO (уксусная кислота + ацетат натрия). При добавлении сильной кислоты к этому раствору анионы соли связывают ионы Н ⁺ в молекулы малодиссоциированной уксусной кислоты:

СН3СОО- + Н+ Û СН3СООН

(78)

При добавлении щелочи протекает реакция нейтрализации:

СН3СООН + ОН- Û СН3СОО- + Н2О.	(79)
,	(80)

где p K_d – показатель константы диссоциации слабой кислоты, p K_d = –lg K_d; С _с и С _к – концентрации соли и килоты соответственно, моль/л

2. Смесь средней и кислой соли или двух кислых солей слабой многоосновной кислоты, например, Na₂CO₃ + NaHCO₃ или Na₂HPO₄ + NaH₂PO₄. Анионы кислой соли реагируют подобно слабой кислоте в п.1.

,

(81)

где С _с и С _к – концентрации кислой и средней соли соответственно, моль/л

3. Кислые соли слабых многоосновных кислот, при добавлении к растворам которых сильных кислот или щелочей протекают аналогичные реакции:

НСО3- + Н+ Û Н2СО3;	(82)
НСО3- + ОН- Û СО32- + Н2О	(83)
,	(84)

где p K_n – показатель контснты диссоциации кислоты по соответствующей ступени.

4. Смесь слабого основания и его соли, например, NH₄OH + NH₄Cl. Буферное действие основано на реакциях:

NH4OH + H+ Û NH4+ + H2O;	(85)
NH4+ + OH- Û NH4OH.	(86)
,	(87)

где p K_d – показатель константы диссоциации слабого основания; С _с и С _осн – концентрации соли и основания соответственно, моль/л

5. Соли слабых кислот и слабых оснований, например, NH₄CH₃COO. Буферное действие обусловлено реакциями:

NH4+ + OH- Û NH4OH;	(88)
CH3COO- + H+ Û CH3COOH.	(89)

Емкостью буферного раствора В называют количество сильной кислоты или щелочи, которое требуется добавить к 1 л раствора для изменения его рН на единицу. Раствор утрачивает буферные свойства при добавлении сильной кислоты или щелочи в количестве, превышающем буферную емкость. Различают буферную емкость раствора по кислоте и по щелочи.

Емкость кислого буфера по щелочи, В _Щ.

.

(90)

При решении уравнения получаем:

.

(91)

емкости кислого буфера по кислоте:

.

(92)

Отсюда получаем формулу для расчета

.

(93)

Емкости основного буфера по кислоте и по щелочи:

.	(94)
.	(95)

Выбор состава буферного раствора. Отношение С _с/ С _к или С _с/ С _осн выбирают в пределах 0,1< С _соли/ С _к-ты <10. По таблицам констант диссоциации подбирают слабую кислоту с p K_d = pH±1(или слабое основание с p K_d = pOH ±1), исходя из заданного рНвычисляют отношение концентраций С _с / С _к (или С _с / С _осн).